现代生物技术讲义(3)

通过基因工程方法培育出的香蕉，其根部寄生线虫的现象终于被根除了。另外，这一技术还可以用于其他被线虫类危害的作物品种改良。

ⅴ、猪基因植入鼠体 广西首次培育出转基因动物

一群带着巴马小香猪长肉基因的转基因小白鼠出生后不久便开始拼命长肉，比同龄的小白鼠个子、体重都高出一截。它们不仅是广西首次培育出的转基因动物，也是国内首次植入巴马小香猪长肉基因的小白鼠。

为了研究如何通过转基因技术让猪、牛等动物快速长肉，水牛增加产奶量，由广西科技厅副厅长、广西大学动科院博士生导师蒋和生指导的科研小组，开始进行转基因的研究。２００１年，博士生莫毅就成功克隆出广西巴马小香猪的长肉基因——卵泡抑素基因。这个基因与肌肉生长抑制素结合后，会促进动物骨骼肌的生长，让动物快速长大。

今年７月，莫毅等科研人员开始在小白鼠身上做转基因实验。因为肌肉受伤后再生时对外来基因的吸收能力会增强，科研人员分别处理了２０只小白鼠大腿的肌肉，并将长肉基因注射进处理的部位，随后对这２０只小白鼠及其他同龄小白鼠进行饲养观察。注射第３周后，转基因小白鼠的生长速度陆续发生变化，但只有３只体重明显增加，实验效果总体并不是很理想。

于是，科研人员尝试另一个实验——让小白鼠带着长肉基因出生，采集的数据会更为精确。为方便日后的检测，他们将长肉基因与含有绿色荧光蛋白基因片断结合，植入了５个公鼠的睾丸中。这些公鼠与８只母鼠交配后，于８月８日和８月１３日生下８窝小白鼠，共６０只。科研人员采集了小白鼠尾巴的ＤＮＡ，在荧光显微镜下进行检测：在细胞中观测到绿色荧光的，则说明它们已从父亲身上获得转基因成分，是转基因小白鼠，共有２３只；而没有荧光的小白鼠则不含转基因成分，共有３７只。科研人员将两组小白鼠进行饲养观察。刚开始，两组的体重没有太大差异，可在２１天断奶后，两组体重开始出现明显变化：转基因小白鼠平均每天增重０．７９克，很快比非转基因小白鼠大了一圈。到了２８天后，小白鼠开始性成熟，转基因小白鼠的生长速度开始放慢，但公鼠体重和个头仍在小幅度增长，就像１８岁后，男生长势比女生明显一样。现在科研人员，又在为这些转基因小白鼠繁殖下一代作准备。

１０月２７日，记者在广西大学动科院的实验室里看到，转基因小白鼠在笼子里活蹦乱跳，其中一个大个头比它的同龄的普通小白鼠大了将近一倍。

蒋和生告诉记者，转基因小白鼠实验的成功，是为了以后在猪牛等大型动物身上实验做准备。如果猪牛快速长肉，提前出栏，将会快速提高经济效益。植入长肉基因，并不是像饲料鸡，通过外来的饲料配方让它长肉，而是通过生物技术，剔除了阻碍它们长肉的基因，加强了它们自身的代谢和合成能力而实现长肉的目的。至于肉的口感会不会受影响，科研人员还要通过测定肌肉内部的不饱和脂肪酸、氨基酸（影响肌肉风味）、脂肪、肌肉嫩度等，从而进行科学的估计。

ⅵ、基因工程帮助水稻在盐碱地实现高产

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水稻种植在碱性土壤中产量往往不高。日本科学家最近通过基因工程，在盐碱地上种出了高产稻。

据日本《每日新闻》日前报道，铁元素是水稻等植物生成叶绿素所必需的物质，铁元素不足将导致光合作用不充分。为了吸收铁元素，水稻、大麦等植物的根部可分泌麦根酸。麦根酸使铁元素转变成易溶于水的物质，再被植物吸收进体内。而在碱性土壤中，麦根酸被中和，这会影响植物吸收铁元素的能力。

日本东京大学研究人员分析了植物合成麦根酸的过程，并确定了植物参与合成麦根酸的基因。参与这项研究的东京大学教授西泽直子发现，麦根酸由蛋氨酸经过４步化学反应生成。

由于大麦生成麦根酸的能力比较强，日本研究人员尝试把在第三步化学反应中起作用的大麦基因植入水稻，然后把这种转基因水稻栽培在碱性土壤中，最后这些水稻的产量达到了普通水稻在碱性土壤中产量的４倍。

日本研究人员现在已经分辨出在第四步化学反应中起作用的大麦基因。西泽直子说，如果把这种大麦基因也植入水稻，那么转基因水稻的产量可望再上一个台阶。

碱性土壤广泛分布于中东、澳大利亚及地中海沿岸等地区，占到世界陆地面积的２５％至３０％。西泽直子说，这项成果对世界半数人口的主食——稻米的增产具有重要价值。

ⅶ、转基因羊奶让儿童远离痢疾

奶制品让你有一个健康的身体，如今转基因学者正在试图让它变得对身体更为有利。一项新的研究表明，一种被改造过的山羊奶更类似于人奶，可以减少有害的细菌。最终，这样的奶制品可能会改善发展中国家孩子的健康。但作为一种转基因食品，其安全性也有待进一步证实。

据世界卫生组织估计，每年约有200万人死于由细菌感染而导致的痢疾、脱水。发展中国家的幼童尤其危险。儿童在母乳哺乳期间，受到母乳中的各种有益蛋白的保护，可以免受引起痢疾的病原体如大肠杆菌的侵害。母乳中溶解酵素的含量比牛奶和山羊奶中的含量高1600到3000倍。一旦断奶后，这种保护就没有了。最近，基因学家James Murray和美国加利福尼亚大学的同事Davis正在培育一种山羊，可以产出类似于人奶的山羊奶，以保护断奶后孩子的安全。

转基因羊乳能够显著提高儿童对大肠杆菌的抵抗力，因为猪肠道内的大肠杆菌种类与人类肠道内的非常相似。但在这种转基因羊乳正式服用之前，还需要进行更多的研究和实验。

据世界卫生组织公布的数据，全球每年约有２００万人死于由细菌感染引起的腹泻和脱水，其中发展中国家儿童所占比例最高。

ⅷ、发现多种疾病的致病基因（allele 突变遗传因子）

一个国际研究小组在一项人类基因组研究计划中，又发现了约120种基因的变异与癌症有关。这一发现使已知的与癌症相关的基因从350种增加到约470种。导致癌症的基因数

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量远远超过人们的预想。这类基因被发现得越多，越有利于癌症治疗方面的研究。他们希望通过进一步研究，为设计和开发治疗癌症的基因药物开辟新途径。

英国科学家在一项大规模基因与疾病研究中，鉴别出了与7种常见疾病有关的24个基因，这一成果有望用于了解和治疗相关疾病。这项研究由50个研究机构的200多名科学家共同完成。研究主要针对抑郁症、慢性心脏病、高血压、风湿性关节炎、节段性回肠炎以及Ⅰ型、Ⅱ型糖尿病这7种常见病展开。此次研究还首次确定了一个与Ⅰ型糖尿病和节段性回肠炎都相关的基因，显示这两种病有相似的机理。另外，研究人员还确定了一个会增加Ⅰ型糖尿病发病可能性的基因片断。

ⅸ、对活有机体实施“基因组移植”

美国科学家通过“基因组移植”，成功地使一种细菌变成了另外一种细菌。科学家计划下一步借助类似技术，利用人工合成的基因组制造新型物种。若试验成功，将标志着人造生命形式的创造取得突破性进展。

美国马里兰州克雷格·文特尔研究所的科学家在实验室中将一种细菌的基因组成功移植入另一种关系密切的细菌内，而且新植入的基因组开始取代原基因组运作。这一成果被《科学》杂志称为生物工程领域一项“里程碑式”的进展。

科学家近年来已多次成功将单个基因甚至大段染色体从一个生物体移植入另一生物体，但像这样在一个活有机体中一次性移植入其他物种的完整基因组还是首次。科学家计划利用人工合成基因组进行类似试验。如果试验成功，将标志着一种人工合成生物的诞生。科学家希望利用这种方法制造出新的细菌种类，并使这些细菌执行消化有毒废料、吸收大气中的二氧化碳和其他温室气体等任务。

（二） 、RNA研究

ⅰ、RNA核酶突破性进展

核糖核酸酶P（RNase P）是负责tRNA前体5＇端成熟的酶，它由蛋白质和RNA两种亚单位组成。1983年Altaman等人报道，在较高浓度的镁离子和适量精氨酸参与下，RNase P中的 RNA能够切割tRNA前体5＇端。而Rnase P中的蛋白组分没有催化功能，只是起稳定构想的作用。这是首次报道的具有反式切割作用的RNA分子。由于他们具有类似核糖核酸酶功能，而化学本质为核酸，因此被切赫称之为核酶。鉴于切赫在此领域作出的卓越贡献，因而获得1988年诺贝尔化学奖。

在之后的研究中陆续发现，细菌和真核的RNase P RNA有相同的起源祖先，但是却沿着不同的进化道路有了分化：真核的RNase P RNA在没有蛋白的存在的时候是不具有催化功能的，细菌的RNA则相反——没有蛋白也同样可以催化底物。

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通过比较这两种不同的RNA，研究人员逐渐清楚了解了这个RNA和蛋白结合世界的转换，他们发现虽然真核生物RNAs不能单独催化底物，但是即使在没有蛋白的存在下，也可以折叠成有功能的形式，并结合到tRNA上去。基于这些交联反应结果和细菌RNAs的晶体结构，研究人员得到了一种真核RNase P RNA三级结构模型，这种RNA包含一个核心的与细菌RNA相似的结构，但是这个结构没有细菌RNAs催化的特征和三级结构的稳定性。

ⅱ、研究发现12个microRNA与心脏病有关

各种形式的损伤和压力能够引发成熟心肌细胞的一种肥大生长应答，其特征是细胞尺寸的增加、蛋白质合成增加、肌节的形成和胚胎型基因的再次活化。这些状况最终晖导致心力衰竭和猝死。

研究人员发现在对应答横大动脉收缩或表达活性钙调神经磷酸酶(calcineurin)时，小鼠心脏组织中12种miRNA的量被上调或下调。活化的钙调神经磷酸酶能够诱导病态的心脏改变。研究人员还表示，这些miRNA中的多种在衰竭的人类心脏中也发生了相似的改变。

压力诱导的miRNA的被迫性过表达足以诱发培养的心肌细胞的肥大。与此类似，心脏中miR-195的过表达（它在心脏肥大过程中被上调）能导致转基因小鼠发生病态的心脏生长和心力衰竭。

这些发现揭示出了特殊miRNA在控制肥大增生和心室重塑中的一种重要作用，并且暗示出miRNA可能成为心脏病中一种有潜力的治疗靶标。

ⅲ、“特洛依木马”可根除脑肿瘤

位于以色列耶路撒冷的希伯来大学今天宣称，该校研究人员找到了一种新的技术方法，可以让癌细胞内部受到如“特洛依木马”一样的攻击，从而根除难以治愈的脑肿瘤。

以生化学家亚历山大·勒维斯基教授为首的国际研究小组研制的这种方法，基本内容是将一个包含长长双链RNA的分子，附着到表皮生长素（EGF）上，然后有选择地向细胞体不规则注射大量表皮生长素受体（EGFR）。如果表皮生长素受体出现增殖，就说明细胞体内已有某些类型的癌细胞存在，包括最为致命的脑癌细胞。

当携带双链RNA分子的表皮生长素被注入到携带癌细胞的肌体血液后，它们会像发射出去的“导弹”一样，立即寻找并附着在表皮生长素受体上，接着，就会通过其受体进入到肿瘤细胞中，而不会伤害到健康细胞。这些进入肿瘤细胞的表皮生长素，会像藏在“特洛依木马”中的战士，从内部消灭掉肿瘤细胞。由于普通细胞吞噬一定数量的双链RNA不会致命，因此，那些可以携带20个到100个表皮生长素受体的普通细胞，完全能在表皮生长素发起攻击时幸免于难。

使用这种方法，研究人员已在移植了人类脑肿瘤细胞的试验鼠身上进行了试验，结果表明，这一方法可以百分之百地消除脑肿瘤细胞的生长。研究人员计划在不久的将来进一步开展临床试验，同时，在希伯来大学技术转让公司的帮助下，他们已经成立了一个小型创新公司，用以促进这种新药的商业开发。

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ⅳ、人造DNA将创造生物

50年前，科学家首次在试管里成功合成了DNA(脱氧核糖核酸)，制造出最独特的生命分子。现在美国科学家已合成出世界上首个完全人造的染色体———一长串在实验室中合成的DNA，其中包括微生物生存和繁殖所需的所有指令，科学家希望把这个染色体移植到一个细胞中，预计该染色体将在细胞里“自行启动”，然后“诱骗”这个等待的细胞执行命令。尽管首个人造染色体与天然染色体完全相同，但科学家正在合成一些其他的染色体，这些染色体能够创造出前所未有的生物，从而可能完全用人造DNA创造生物。

用人造DNA创造生物将是一个具有分水岭意义的大事件，它模糊了天然生物和人造产品之间的区别，使人们必须重新考虑什么是“生命”。

问题还在于，科学家、恐怖分子和其他有创造力的人会创造出什么样的生物？如何遏制这些能够自我复制的个体？创造人造生命的基本工具的专利权归谁所有？安全担忧也日益加剧。已有几位科学家成功地合成了人造病毒，人类即将拥有人造细菌的能力。与病毒不同，细菌可以在活体之外的环境中生存和繁殖。这引起了人们对污染、传染和潜在危害的新忧虑。 5年内，更为快速和低廉的排序技术可以打造1万人的完整基因组，将为“一个个性化、具体化的基因组学时代”奠定基础，我们将知道哪些基因是由遗传因素造成的，哪些又是由环境造成的。

ⅴ、发明DNA制动器

欧洲科学家开发出一种基于脱氧核糖核酸（DNA）的转换器，名为DNA制动器或分子发电机。科学家认为，作为世界上第一个生物纳米技术制动器，它的研制成功为在活的生物有机体和计算机之间建立联系架设了桥梁。这个DNA制动器的大小只有一根头发的千分之一。这个DNA制动器的组成包括一组固定在极小芯片上的DNA、一个带有磁性的珠子、一个提供动力的生物发动机——通过活的生物细胞三磷酸腺苷（ATP）所发出的能量提供动力。

该项目是一项多国合作的结晶——英国、荷兰、法国、葡萄牙、瑞士等国科学家参与了该项研究。

科学家相信，DNA制动器的未来应用前景十分可观——从用于界面连接的分子尺寸的机械装置，到由计算机控制的机器手，在这些装置中都可以找到DNA制动器的影子。

（三）、干细胞研究

1、皮肤干细胞研究掀起热潮

干细胞是指具有强大的多方向分化能力和自我更新能力的超级细胞，它能分化成人体中所有类型的细胞，因此也被称为全能细胞。干细胞研究的主要用途首先用于细胞制药，其次是用于疾病机理的研究，其商业前景不可限量。各国都投入大量资金，支持本国的干细胞技术研究与开发。

2007年11月20日，《科学》和《细胞》同时刊出美国和日本两个研究报告，证实皮肤细胞经“基因直接重组”（利用病毒将四个基因送入皮肤细胞）后，可以具有胚胎干细胞特性，称为诱导式多能性干细胞(iPS)，俗称“皮肤干细胞”。

科学界称这是生物科学的“里程碑”，可以避开胚胎干细胞研究的道德争议，大大推动与干细胞有关的疾病疗法研究，如心脏病、帕金森氏综合征、糖尿病、皮肤烧伤、老年性痴呆

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